卷揚(yáng)機(jī)設(shè)計(jì)說明書

1、摘 要卷揚(yáng)機(jī)又稱絞車。是起重垂直運(yùn)輸機(jī)械的重要組成部分，配合井架、桅桿、滑輪組等輔助設(shè)備，用來提升物料、安裝設(shè)備等作業(yè)，由人力或機(jī)械動力驅(qū)動卷筒、卷繞繩索來完成牽引工作的裝置。垂直提升、水平或傾斜曳引重物的簡單起重機(jī)械。分手動和電動兩種?，F(xiàn)在以電動卷揚(yáng)機(jī)為主。本次設(shè)計(jì)的5噸電動卷揚(yáng)機(jī)是由電動機(jī)、連軸器、制動器、減速器、卷筒、導(dǎo)向滑輪、起升滑輪組、吊鉤等組成。本次設(shè)計(jì)的步驟是從鋼絲繩開始入手，然后依次對卷揚(yáng)機(jī)的卷筒、卷筒心軸、電動機(jī)、減速器齒輪、減速器軸、制動器、聯(lián)軸器以及卷筒機(jī)的導(dǎo)向滑輪設(shè)計(jì)與選取。其中卷筒、卷筒軸、卷筒轂、減速器的設(shè)計(jì)最為主要，本設(shè)計(jì)重點(diǎn)做了介紹，其余部分有得只是略作分析。本

2、次設(shè)計(jì)的卷筒機(jī)由于它結(jié)構(gòu)簡單、搬運(yùn)安裝靈活、操作方便、維護(hù)保養(yǎng)簡單、對作業(yè)環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)，可以應(yīng)用于冶金起重、建筑、水利作業(yè)等方面，但是此次設(shè)計(jì)的卷筒機(jī)主要運(yùn)用于用于5噸橋式吊車起升機(jī)構(gòu)。提升重物是卷揚(yáng)機(jī)的一種主要功能，各類卷揚(yáng)機(jī)的設(shè)計(jì)都是根據(jù)這一要求為依據(jù)的。關(guān)鍵詞：卷揚(yáng)機(jī)，卷筒，卷筒軸，減速器 第一章 緒 論1.2卷揚(yáng)機(jī)的常見類型：常見的卷揚(yáng)機(jī)噸位有：0.3T卷揚(yáng)機(jī) 0.5T卷揚(yáng)機(jī) 1T卷揚(yáng)機(jī) 1.5T卷揚(yáng)機(jī) 2T卷揚(yáng)機(jī) 3T卷揚(yáng)機(jī) 5T卷揚(yáng)機(jī) 6T卷揚(yáng)機(jī) 8T卷揚(yáng)機(jī) 10T卷揚(yáng)機(jī) 15T卷揚(yáng)機(jī) 20T卷揚(yáng)機(jī) 25T卷揚(yáng)機(jī) 30T卷揚(yáng)機(jī)。從是否符合國家標(biāo)準(zhǔn)的角度：卷揚(yáng)機(jī)可分為國標(biāo)卷揚(yáng)

3、機(jī)、非標(biāo)卷揚(yáng)機(jī)常見卷揚(yáng)機(jī)型號有1、JK0.5-JK5單卷筒快速卷揚(yáng)機(jī)2、JK0.5-JK12.5單卷筒慢速卷揚(yáng)機(jī)3、JKL1.6-JKL5溜放型快速卷揚(yáng)機(jī)4、JML5、JML6、JML10溜放型打樁用卷揚(yáng)機(jī)5、2JK2-2JML10雙卷筒卷揚(yáng)機(jī)6、JT800、JT700型防爆提升卷揚(yáng)機(jī)7、JK0.3-JK15 電控卷揚(yáng)機(jī)9、非標(biāo)卷揚(yáng)機(jī)其中Jk表示快速卷揚(yáng)機(jī)，jm表示慢速卷揚(yáng)機(jī)，jt表示防爆卷揚(yáng)機(jī)，單卷筒表示一個卷筒容納鋼絲繩，雙卷筒表示兩個卷筒容納鋼絲繩。特殊卷揚(yáng)機(jī)型號有第二章 卷揚(yáng)機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)本設(shè)計(jì)卷揚(yáng)機(jī)設(shè)計(jì)的主要參數(shù)有：額定起升重量： 5噸起升高度： 14米起升速度： 12.5米/分卷揚(yáng)機(jī)

4、用途： 用于5噸橋式吊車起升機(jī)構(gòu)工作條件： 頻繁啟動 粉塵量大設(shè)計(jì)的主要要求：本設(shè)計(jì)為有軌運(yùn)行機(jī)構(gòu)；電動機(jī)軸到減速器高速軸由齒輪鏈接盤連接；起升機(jī)構(gòu)的制動器必須采用常閉式的；制動力矩應(yīng)保證有足夠的制動安全系數(shù)。設(shè)計(jì)的主要內(nèi)用：用AutoCAD設(shè)計(jì)絞車各部分結(jié)構(gòu)，并繪制圖紙；選用鋼絲繩、電動機(jī)，主軸強(qiáng)度、滾筒直徑和長度；繪制總裝圖、主軸圖、固定滾筒部件圖等；設(shè)計(jì)主軸、滾筒第三章 卷揚(yáng)機(jī)的整體結(jié)構(gòu)概述第四章 主體零件的設(shè)計(jì)4.1 鋼絲繩的選擇卷揚(yáng)機(jī)通過鋼絲繩升降、牽引重物，工作時鋼絲繩所受應(yīng)力十分復(fù)雜，加之對外界影響因素比較敏感，一旦失效，后果十分嚴(yán)重，因此，應(yīng)特別重視鋼絲繩的合理選擇與使用。4.

5、1.1 鋼絲繩的種類和構(gòu)造鋼絲繩的種類根據(jù)鋼絲繩中鋼絲與鋼絲的接觸狀態(tài)不同又可分為： （1）點(diǎn)接觸鋼絲繩 點(diǎn)接觸鋼絲繩繩股中各層鋼絲直徑均相同，而內(nèi)外各層鋼絲的節(jié)距不同因而相互交叉形成點(diǎn)接觸。其特點(diǎn)是接觸應(yīng)力高表面粗糙，鋼絲易折斷，使用壽命低。但制造工藝簡單，價(jià)格便宜。在實(shí)際中常發(fā)現(xiàn)這種鋼絲繩在受拉、尤其是受彎時由于鋼絲間的點(diǎn)接觸、造成應(yīng)力集中而產(chǎn)生嚴(yán)重壓痕，由此導(dǎo)致鋼絲疲勞斷裂而使鋼絲繩過早報(bào)廢。（2）線接觸鋼絲繩 線接觸鋼絲繩繩股由不同直徑的鋼絲統(tǒng)制而成，每一層鋼絲的節(jié)距相等，由于外層鋼絲位于內(nèi)層鋼絲之間的溝槽內(nèi)，因此內(nèi)外層鋼絲間形成線接觸。這種鋼絲繩的內(nèi)層鋼絲雖承受比外層鋼絲稍大的應(yīng)力，

6、但它避免了應(yīng)力集中，消除了鋼絲在接觸處的二次彎曲現(xiàn)象，減少了鋼絲間的摩擦阻力。使鋼絲繩在彎曲上有較大的自由度，從而顯著提高了抗疲勞強(qiáng)度，其壽命通常高于點(diǎn)接觸鋼絲繩。由于線接觸鋼絲繩比點(diǎn)接觸鋼絲繩的有效鋼絲總面積大，因而承載能力高。如果在破斷拉力相同的情況下選用線接觸鋼絲繩，可以采用較小的滑輪和卷筒直徑，從而使整個機(jī)構(gòu)的尺寸減小。卷?xiàng)顧C(jī)應(yīng)優(yōu)先選用線接觸鋼絲繩。4.1.2 鋼絲繩直徑的選擇 卷揚(yáng)機(jī)系多層纏繞鋼絲繩受力比較復(fù)雜。為簡化計(jì)算，鋼絲繩選擇多采用安全系數(shù)法，這是種靜力計(jì)算方法。 鋼絲繩的安全系數(shù)按下式計(jì)算： （4-1）式中整條鋼絲繩的破斷拉力，N；卷揚(yáng)機(jī)工作級別規(guī)定的最小安全系數(shù)；鋼絲繩的

7、額定拉力，N；設(shè)計(jì)時，鋼絲繩的額定拉力為已知，將額定拉力乘以規(guī)定的最小安全系數(shù)，然后從產(chǎn)品目錄中選擇一種破斷拉力不小于 M的鋼絲繩直徑。 目前在工業(yè)化國家，對鋼絲繩直徑的選擇普遍采用選擇系數(shù)法。國際標(biāo)準(zhǔn)繩的選擇也推薦采用此方法。該方如下； 鋼絲繩直徑不應(yīng)小于下式計(jì)算的最小直徑 （4-2）式中 Fmax鋼絲繩最大靜拉力(N)。由起升載荷（額定起重量，鋼絲繩懸掛部分的重量，滑輪組及其它吊具的重量）并考慮滑輪組效率相倍率來確定；c鋼絲繩選擇系數(shù)，它與機(jī)構(gòu)的工作級別、鋼絲繩是否旋轉(zhuǎn)以及吊運(yùn)物品的性質(zhì)等因素有關(guān)。目前，卷揚(yáng)機(jī)還沒有此系數(shù)的具體規(guī)定。該設(shè)計(jì)卷揚(yáng)機(jī)額定載荷5噸，采用雙聯(lián)滑輪起重滑輪組，所以每

8、根承受載荷FmaxF總 1.25 N （4-3）該卷揚(yáng)機(jī)用于冶金行業(yè)鑄造用，所以工作級別為M7，鋼繩系數(shù)選擇c0.123。 13.78 mm （4-4） 所以鋼絲繩選擇d=14 mm。按鋼絲繩所在機(jī)構(gòu)工作級別來選鋼絲繩直徑時，所選的鋼絲繩拉斷力應(yīng)滿足下式： F0 n Fmax （4-5）式中 F0所選用鋼絲繩最小拉斷力，N； n安全系數(shù)，查手冊選n=7所以 F071.25=87.5 kN （4-6）又鋼絲繩最小拉斷力總和等于鋼絲繩最小拉斷力1.134（纖維芯）或1.214（鋼芯），所以鋼絲繩最小拉斷力總和為99.225 kN（本設(shè)計(jì)中鋼絲繩不接觸高溫，橫向壓力較小，選用纖維芯鋼絲繩）鋼絲繩型號

9、選擇：鋼絲繩619（a）類14NATFC1470ZS10279.54.1.3 鋼絲繩的使用 鋼絲繩在工作時卷繞進(jìn)出滑輪和卷筒，除產(chǎn)生拉應(yīng)力外，還有擠壓、彎曲、接觸和扭轉(zhuǎn)等應(yīng)力，應(yīng)力情況是非常復(fù)雜的。實(shí)踐表明，由于鋼絲繩反復(fù)彎曲相擠壓所造成的金屬疲勞是鋼絲繩破壞的主要原因。鋼絲繩破壞時，外層鋼絲由于疲勞和磨損首先開始斷裂，隨著斷絲數(shù)的增多，破壞速度逐漸加快，達(dá)到一定限度后，仍繼續(xù)使用，就會造成整根繩的破斷。 在正確選擇鋼絲繩的結(jié)構(gòu)和直徑之后，實(shí)際使用壽命的長短，在很大程度上取決于鋼絲繩在使用中的維護(hù)和保養(yǎng)及與相關(guān)機(jī)件的合理配置?？蓮囊韵聨追矫婵紤]該問題： 1. 滑輪和卷筒直徑D與鋼絲繩直徑d的比

10、值大小對鋼絲繩的壽命影響較大，幾乎成平方關(guān)系。因此，選用較大的滑輪和卷簡直徑對鋼絲繩的壽命是有利的。故設(shè)計(jì)中規(guī)定了卷筒直徑和鋼絲繩直徑的最小比值（D/d），與卷揚(yáng)機(jī)的工作級別有關(guān)。使用中，應(yīng)盡量減少鋼絲繩的彎折次數(shù)并盡量避免反向彎折。 2. 決定滑輪繩槽尺寸時，必須考慮鋼絲繩直徑較公稱直徑有68的過盈量這一事實(shí)。過小的繩槽直徑會使鋼絲繩受到過度擠壓而提前斷絲，繩槽尺寸過大，又會使鋼絲繩在槽內(nèi)的支承面積減小，增大鋼絲繩的接觸應(yīng)力。合理的繩槽尺寸應(yīng)比鋼絲繩的公稱直徑大10左右。 3. 滑輪與卷筒的材料太硬，對鋼絲繩壽命不利。據(jù)有關(guān)資料表明：以鑄鐵代替鋼可提高鋼絲繩的壽命約10。 4. 為保證鋼絲繩

11、在繩筒上平滑纏繞，避免各圈鋼絲繩間相互摩擦及多層纏繞錘擊和堆繞現(xiàn)象，延長鋼絲繩的使用壽命，鋼絲繩在卷筒及繩輪上的偏角必須保持在一定的限度之內(nèi)，一般在0.52之間。 5. 良好的周期性潤滑是提高鋼絲繩使用壽命的一項(xiàng)重要因素。它可以防止銹蝕，減少鋼絲繩內(nèi)外磨損。一般常用中、低粘度潤滑油和濾青質(zhì)化合物。目前我國生產(chǎn)的“鋼絲繩油屬于中等粘度油，適用于各種股捻鋼絲繩的潤滑。其附著力大，不易滑落或與水起作用，且含有防銹劑，是一種良好的潤滑劑。 6. 在室外、潤濕或腐蝕介質(zhì)存在的環(huán)境里，應(yīng)選用鍍鋅鋼絲繩。 7. 經(jīng)常檢查鋼絲繩是否與別的機(jī)件摩擦，重新更換新繩時必須核對新繩與原繩的型式直徑是否相同；經(jīng)常檢查鋼

12、絲繩表面的磨損及斷絲，遇到問題及時解決。鋼絲繩的報(bào)廢處理，可參考有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)相資料。4.2 卷筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及尺寸確定卷筒尺寸的由已知起升速度、起升高度和鋼絲繩的尺寸來確定。卷筒用來卷繞鋼絲繩，把原動機(jī)的驅(qū)動力傳遞給鋼絲繩，并把原動機(jī)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動變?yōu)樗枰闹本€運(yùn)動。卷筒通常是中空的圓柱形，特殊要求的卷筒也有做成圓錐或曲線形的。4.2.1 卷筒的分類 按照鋼絲繩在卷筒上的卷繞層數(shù)分，卷筒分單層繞和多層繞兩種。一般起重機(jī)大多采用單層繞卷筒。只有在繞繩量特別大或特別要求機(jī)構(gòu)緊湊的情況下，為了縮小卷筒的外形尺寸，才采用多層繞的方式。本設(shè)計(jì)采用單層繞。4.2.2 卷筒繩槽的確定卷筒繩槽槽底半徑R，槽深c 槽的

13、節(jié)矩t 其尺寸關(guān)系為： R=（0.540.6）d（d 為鋼絲繩直徑） （4-7）繩槽深度：標(biāo)準(zhǔn)槽： =（0.250.4）d （4-8）深槽： =（0.60.9）d （4-9）繩槽節(jié)距：標(biāo)準(zhǔn)槽： d（24） （4-10）深槽： d（68） （4-11）卷筒槽多數(shù)采用標(biāo)準(zhǔn)槽，只有在使用過程中鋼絲繩有可能脫槽的情況才使用深槽，本設(shè)計(jì)選用標(biāo)準(zhǔn)槽，鋼絲繩直徑選用14 mm， R=（0.540.6）d=7.568.4 mm 取R=8 mm （4-12）c=（0.250.4）d =3.55.6 mm 取c=4 mm （4-13） 所以 td（24）=16 mm4.2.3 卷筒的設(shè)計(jì)卷筒按照轉(zhuǎn)矩的傳遞方式來分

14、有端側(cè)板周邊大齒輪外嚙合式和筒端或筒內(nèi)齒輪內(nèi)嚙合式，其共同特點(diǎn)是卷筒軸只承受彎矩，不承受轉(zhuǎn)矩。本設(shè)計(jì)卷筒采用內(nèi)齒輪嚙合式。如圖4-1。圖 4-1 內(nèi)齒嚙合式卷 卷筒的設(shè)計(jì)主要尺寸有節(jié)徑 、卷筒長度 L 、卷筒壁厚 。4.2.4 卷筒節(jié)徑設(shè)計(jì)卷筒的節(jié)徑即卷筒的卷繞直徑，由設(shè)計(jì)知不能小于下式： （4-14）式中 按鋼絲繩中心計(jì)算的卷筒最小直徑，mm； h 與機(jī)構(gòu)工作級別和鋼絲繩結(jié)構(gòu)有關(guān)的系數(shù)，根據(jù)工作環(huán)境級別為，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊h=28 mm; d 鋼絲繩的直徑,mm。按式計(jì)算： 392 mm所以選取=400 mm （4-15）4.2.5 卷筒的長度設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用雙聯(lián)滑輪組，如圖4-2圖4-2 雙聯(lián)

15、滑輪組卷筒的長度 （4-16） 卷筒總長度，mm；繩槽部分長度，其計(jì)算公式為： （4-17）其中 最大起升高度，mm； 滑輪組倍率； 卷筒卷繞直徑，mm； 繩槽節(jié)矩，mm； 附加安全圈數(shù)，使鋼絲繩端受力減小，便于固定，通常取n1.53圈； 固定鋼絲繩所需要的長度，一般取3t，mm； 兩端的邊緣長度（包括凸臺在內(nèi)），根據(jù)卷筒結(jié)構(gòu)而定，mm；卷筒中間無繩槽部分長度，由鋼絲繩的允許偏斜角和卷筒軸到動滑輪軸的最小距離決定。對于有螺旋槽的單層繞卷筒，鋼絲繩允許偏斜度通常為1：10，可知選取100 mm。 =380 mm。3t=48 mm所以 996 mm。選取標(biāo)準(zhǔn)卷筒長度為1000 mm4.2.6 卷筒

16、壁厚設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)為了延長鋼絲繩的壽命，采用鑄鐵卷筒，對于鑄鐵卷筒可按經(jīng)驗(yàn)公式初步確定，然后進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算。對于鑄鐵筒壁 mm （4-18）根據(jù)鑄造工藝的要求，鑄鐵卷筒的壁厚不應(yīng)小于12 mm，所以15mm所以卷筒的參數(shù)選擇為：繩槽節(jié)距t16 mm、槽底半徑4 mm、卷筒節(jié)距400 mm、卷筒長度L=1000 mm、卷筒壁厚 mm。4.2.7 卷筒強(qiáng)度計(jì)算及檢驗(yàn)卷筒材料一般采用不低于HT200的鑄鐵，特殊需要時可采用ZG230-450、ZG270-500鑄鋼或Q235-A焊接制造。本設(shè)計(jì)的卷筒五特殊需要，額定起重重量不是很大，所以選擇HT200的鑄鐵制造。一般卷筒壁厚相對于卷筒直徑較小，所以卷筒壁

17、厚可以忽略不計(jì)，在鋼絲繩的最大拉力作用下，使卷筒產(chǎn)生壓應(yīng)力、彎曲應(yīng)力和扭曲應(yīng)力。其中壓應(yīng)力最大。當(dāng)3時彎曲應(yīng)力和扭曲應(yīng)力的合成力不超過壓應(yīng)力10%,所以當(dāng)3時只計(jì)算壓應(yīng)力即可。本設(shè)計(jì)中L=1000 mm D=400 mm，符合3的要求，所以只計(jì)算壓應(yīng)力即可。當(dāng)鋼絲繩單層卷繞時，卷筒所受壓應(yīng)力按下式來計(jì)算：=A （4-19）其中 為鋼絲繩單層卷繞時卷筒所受壓應(yīng)力，MPa； 為鋼絲繩最大拉力，N； 為卷筒壁厚，mm； A 為應(yīng)力減小系數(shù)，一般取A=0.75 為許用壓力，對于鑄鐵= 為鑄鐵抗壓強(qiáng)度極限所以 =A39 MPa查教材機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知195MPa，所以39MPa。所以 經(jīng)檢驗(yàn)計(jì)算，卷筒抗壓強(qiáng)

18、度符合要求。4.3卷筒軸的設(shè)計(jì)計(jì)算卷筒軸是支持卷揚(yáng)機(jī)正常工作的重要零件，合理設(shè)計(jì)與計(jì)算卷筒軸對卷揚(yáng)機(jī)性能至關(guān)重要。4.3.1 卷筒軸的受力計(jì)算及工作應(yīng)力計(jì)算常用的卷筒軸分軸固定式軸轉(zhuǎn)動式（如圖4-3）兩種情況。卷揚(yáng)機(jī)卷筒工作時，鋼絲繩在卷簡上的位置是變化的。鋼絲繩拉力經(jīng)卷筒及支承作用到軸上產(chǎn)生的力矩，其大小隨鋼絲繩在卷簡上位置的變化而不同。強(qiáng)度計(jì)算時應(yīng)按鋼絲繩在卷筒上兩個極限位旨分別計(jì)算。由卷揚(yáng)機(jī)工作情況和軸的受力分析可知，a、b因卷筒軸主要承受彎矩，可簡化為簡單的心軸。a圖為固定心軸，b圖為轉(zhuǎn)動心軸。對于轉(zhuǎn)動心軸，其彎曲應(yīng)力一般為對稱循環(huán)變化；對固定心軸，其應(yīng)力循環(huán)特征為，視具體的載荷性質(zhì)而

19、定。對固定心軸的疲勞失效而言，最危險(xiǎn)的應(yīng)力情況是脈動循環(huán)變化，為安全起見，卷筒的固定心軸應(yīng)力以按脈動循環(huán)處理為宜。c圖卷筒軸既受彎又受扭，為轉(zhuǎn)軸。其彎曲應(yīng)力的應(yīng)力性質(zhì)為對稱循環(huán)變應(yīng)力，而扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力的應(yīng)力性質(zhì)可視為脈動循環(huán)變化。由此可知，卷筒軸在正常使用條件下，最終將發(fā)生疲勞破壞。但也不排除在超載或意外情況下發(fā)生靜強(qiáng)度破壞。 圖 4-3 卷筒軸的類型： a: 軸固定式 b、c: 軸轉(zhuǎn)動式4.3.2 卷筒軸的設(shè)計(jì)由于卷筒軸的可靠性對卷揚(yáng)機(jī)安全、可靠的工作非常重要，因此應(yīng)十分重視卷筒軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度、剛度計(jì)算。卷筒軸的結(jié)構(gòu)，應(yīng)盡可能簡單、合理，應(yīng)力集中應(yīng)盡可能小。卷筒軸不僅要計(jì)算疲勞強(qiáng)度，而且還要

20、計(jì)算靜強(qiáng)度；此外，對較長的軸還需校核軸的剛度。本設(shè)計(jì)以計(jì)算出的參數(shù)有：繩的額定拉力kN，卷筒直徑400 mm，鋼絲繩的直徑14 mm，外齒軸套齒輪分度圓直徑D224 mm，查機(jī)械傳動設(shè)計(jì)手冊，軸的材質(zhì)選擇45鋼，調(diào)制處理，MPa，MPa，MPa，MPa。 由圖51可知，該卷筒軸用軸端擋板固定于卷筒上，是不動的心軸。計(jì)算時應(yīng)按鋼絲繩在卷筒上兩個極限位置分別計(jì)算。根據(jù)受力分析可知，當(dāng)鋼絲繩位于右極限位置時，心軸受力較大，因此應(yīng)按有極限位置進(jìn)行軸的強(qiáng)度計(jì)算。計(jì)算時，卷筒支承作用到心軸的力，可簡化為作用于軸承寬度中點(diǎn)的集中力，左端距支承點(diǎn)72.5 mm，右端距支承點(diǎn)202.5 mm。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊、機(jī)

21、械傳動設(shè)計(jì)手冊、起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊，初步得到心軸各段直徑和長度。 圖4-4 心軸的各部分尺寸將軸上所有作用力分解為垂直平面的力和水平平面的力，如下圖4-5所示。4.3.3 心軸作用力計(jì)算 齒輪圓周力： 18.7 kN （4-20） 齒輪徑向力： 6.8 kN （4-21）4.3.4心軸垂直面支承反力及彎矩 支反力，如下圖3-5b。 26.92 kN （4-22） 15.63 kN （4-23） 彎矩，如下圖 3-5c。-781.5 kNmm （4-24）1615.2 kNmm （4-25）4.3.5 心軸水平面支承反力及彎矩支反力水平面支承反力如下圖4-5d。 0.382 kN （4-26） 6.

22、42 kN （4-27）彎矩計(jì)算，如下圖4-5e 321 kNmm （4-28） 22.9 kNmm （4-29）合成彎矩，如下圖 4-5f 844.8 kNmm （4-30） 1615.3 kNmm （4-31）4.3.6 計(jì)算心軸工作應(yīng)力 此軸為固定心鈾，只有彎矩，沒有轉(zhuǎn)矩。由下圖4-5可知最大彎矩發(fā)生在剖面B處。設(shè)卷筒軸該剖面直徑為，則彎曲應(yīng)力為： （4-32）則：74.46 mm圖4-5 軸的彎矩圖圓整后 75 mm，中間軸段751590 mm 圖4-54.3.7 心軸的疲勞強(qiáng)度計(jì)算 卷筒軸的疲勞強(qiáng)度，應(yīng)該用鋼絲繩的當(dāng)量拉力進(jìn)行計(jì)算，即 （4-33）式中 鋼絲繩的當(dāng)量拉力，N； 當(dāng)量拉

23、力系數(shù)。 為使計(jì)算簡便，可假設(shè)1。由前述可知，心軸應(yīng)力的性質(zhì)可認(rèn)為是按脈動循環(huán)規(guī)律變化，則。彎曲應(yīng)力為 97.1 Mpa （4-34） 平均應(yīng)力和應(yīng)力幅為 48.55 Mpa （4-35） 軸的形狀比較簡單，且為對稱結(jié)構(gòu)，在B截面處尺寸有變化，則有應(yīng)力集中存在，且該處彎矩最大，可以認(rèn)為置截面是危險(xiǎn)截面，應(yīng)在此處計(jì)算軸的疲勞強(qiáng)度。 查得有效應(yīng)力集中系數(shù)尺1.88，表面狀態(tài)系數(shù)0.92，絕對尺寸系數(shù)0.78，等效系數(shù)小0.34。 疲勞強(qiáng)度計(jì)算的安全系數(shù)為 2.1 （4-36） 一般軸疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)，所以該軸疲勞強(qiáng)度足夠。4.3.8 心軸的靜強(qiáng)度計(jì)算 卷筒軸的靜強(qiáng)度計(jì)算，需要用靜強(qiáng)度計(jì)算拉力，可按

24、下式求得： （4-37） 式中 靜強(qiáng)度計(jì)算最大拉力 ，N； 動載荷系數(shù)，查手冊。此處取。 靜強(qiáng)度計(jì)算安全系數(shù) 2.75 （4-38） 當(dāng)時，該軸靜強(qiáng)度足夠。所以該軸符合本設(shè)計(jì)要求。 此外，還有些卷筒軸、具有多支承，如三支承。對這類靜不定問題可用三彎矩方程方法計(jì)算軸受力，同時在設(shè)計(jì)中還應(yīng)考慮軸的結(jié)構(gòu)、支承型式以及底座的剛度等問題。4.4 電動機(jī)選擇正確選擇電動機(jī)額定功率的原則是：在電動機(jī)能夠滿足機(jī)械負(fù)載要求的前提下，最經(jīng)濟(jì)、最合理地決定電動機(jī)功率。本設(shè)計(jì)5噸橋式吊車卷揚(yáng)機(jī)屬于非連續(xù)制工作機(jī)械，而且起動、制動頻繁，工作粉塵量大。因此，選擇電動機(jī)應(yīng)與其工作特點(diǎn)相適應(yīng)。 吊車用卷揚(yáng)機(jī)主要采用三相交流異

25、步電動機(jī)。根據(jù)吊車行業(yè)的工作特點(diǎn)，電動機(jī)工作制應(yīng)考慮選擇短時重復(fù)工作制和短時工作制，并優(yōu)先選用YZR(繞線轉(zhuǎn)子)、YZ(籠型轉(zhuǎn)子)系列起重專用電動機(jī)。多數(shù)情況下選用繞線轉(zhuǎn)子電動機(jī)；在工作條件較輕，接電次數(shù)較少時，亦可采用籠型轉(zhuǎn)子電動機(jī)。對于小噸位卷揚(yáng)機(jī)，考慮到多方面因素，其電動機(jī)工作制也允許選擇連續(xù)工作制。本設(shè)計(jì)電動機(jī)工作制度為斷時工作制，因此不用考慮電動機(jī)的發(fā)熱計(jì)算。 機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)時所需靜功率按下式計(jì)算： （4-39）式中 額定起升載荷，N； 吊具自重，N；可?。?.020.04）； 起升速度，； 機(jī)構(gòu)總效率，它包括滑輪組的效率、導(dǎo)向滑輪效率、卷筒的機(jī)械效率和傳動機(jī)構(gòu)的機(jī)械效率。初步計(jì)算時，對于

26、圓柱齒輪減速器傳動的起升機(jī)構(gòu)，可取0.850.9。所以6.311 kN計(jì)算電動機(jī)功率 考慮到工作環(huán)境，對于中小型起重機(jī)其系數(shù)=0.8，所以 0.86.311=5.049選用：YZ系列冶金起重專用三項(xiàng)異步電機(jī)，型號：YZ160L8，額定電壓：380V,額定功率：7.5KW轉(zhuǎn)速：705轉(zhuǎn)/分效率：82.4%基準(zhǔn)工作制為40%4.5 減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算4.5.1 卷揚(yáng)機(jī)總傳動比計(jì)算按額定轉(zhuǎn)速初定總傳動比 ，總傳動比按下式計(jì)算： （4-40）式中 機(jī)構(gòu)的總傳動比； 電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速 ，rmin； 卷筒轉(zhuǎn)速 ，rmin。所以 35.434.5.2 減速器的計(jì)算 因?yàn)殡妱訖C(jī)軸到減速器高速軸由齒輪鏈接盤連接，其

27、傳動比=1，所以減速器的總傳動比=35.43。本設(shè)計(jì)采用二級圓柱齒輪減速器。4.5.3 分配減速器的各級傳動比按浸油潤滑條件考慮取高速級傳動比=1.4，式中為低速級傳動傳動比。即 =1.4 所以 =7.03 =5.034.5.4 計(jì)算傳動裝置的運(yùn)動和動力參數(shù)電動機(jī)到卷筒軸的總傳動效率為式中：=0.99（齒形聯(lián)軸器）=0.98（滾子軸承）=0.97（齒輪精度為8級）=0.99（齒形聯(lián)軸器）所以總傳動效率=0.99=0.88卷筒軸所得到的功率為0.88=0.887.5=6.61 kW6.311 kW所以以上所選參數(shù)符合要求。（為電動機(jī)功率）（1） 計(jì)算各軸轉(zhuǎn)速軸 r/min （4-42a）軸 r/

28、min （4-42b）軸 r/min （4-43c）卷筒軸 r/min （4-43d）（2） 計(jì)算各軸功率軸 kW （4-44a）軸 kW （4-44b）軸 kW （4-44c）卷筒軸 kW （4-44d）（3）計(jì)算各軸轉(zhuǎn)矩電動機(jī)軸輸出轉(zhuǎn)矩為： N.m軸 N.m （4-45a）軸 N.m （4-45b）軸 N.m （4-45c）卷筒軸 N.m （4-45d）4.5.4 圓柱齒輪傳動的設(shè)計(jì)計(jì)算此減速器的齒輪為一般機(jī)械零件，沒有特殊要求，從降低成本，減小結(jié)構(gòu)和易于取材原則出發(fā)決定選用：小齒輪 45鋼，調(diào)質(zhì)，齒面硬度217255 HBS大齒輪 45鋼，正火，齒面硬度169217 HBS（1）計(jì)算許用

29、接觸應(yīng)力查教材，小齒輪和大齒輪的接觸疲勞極限分別為：小齒輪 （217255HBS） =580 MPa大齒輪 （169217HBS） =540 MPa循環(huán)次數(shù)： N1=60njLn=1.76 (4-46a) N2 =2.5 (4-46b)由教材查得 ZN1=1.0 ZN2=1.08 SH=1.1齒面接觸應(yīng)力為=527.3 Mpa (4-47a)=530.2 Mpa (4-47b)取小值=527.3 MPa（2）計(jì)算許用彎曲應(yīng)力小齒輪和大齒輪的彎曲疲勞極限分別為：小齒輪 （217255HBS） =440 MPa大齒輪 （169217HBS） =420 MPaYN1= YN2=1 SF=1.4齒輪彎

30、曲應(yīng)力為： = =314.3 Mpa (4-48a)=300 Mpa (4-48b) 4.5.5 齒輪參數(shù)設(shè)計(jì)1. 第一級傳動（1）初選參數(shù)小齒輪齒數(shù)=17大齒輪齒數(shù)=177.04=119螺旋角（2）按接觸強(qiáng)度結(jié)算 (4-49)所以 載荷系數(shù)K=1.2 彈性系數(shù)=189.8 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)=2.464 =0.779 螺旋角系數(shù)=0.992 取=1 所以 =52.2 mm（3）主要尺寸計(jì)算 模數(shù) mm (4-50) 取整數(shù) mm中心距 mm (4-51)取整數(shù) mm計(jì)算實(shí)際螺旋角：= (4-52)螺旋角改變不大，系數(shù)、不在修正。分度圓直徑d =51.5 mm (4-53) =360.7 mm (4

31、-54)齒頂圓直徑da mm (4-55a) mm (4-55b) 齒根圓直徑 mm (4-56a) mm (4-56b) 齒寬b mm (4-57a) mm (4-57b)經(jīng)校核計(jì)算，齒根彎曲強(qiáng)度足夠使用。確定齒輪精度等級及側(cè)隙分別為：小齒輪：8GJ大齒輪：8FH計(jì)算結(jié)果見下表4-1： 表4-1 一級傳動中大小齒輪的基本參數(shù)及主要尺寸 項(xiàng)目小齒輪大齒輪材料及熱處理45鋼調(diào)質(zhì)45鋼正火基本參數(shù)齒數(shù)17119法面模數(shù)（mm）3分度圓法面壓力角20螺旋角及方向9.2左9.2右法面齒頂高系數(shù)11法面齒隙系數(shù)0.250.25主要尺寸中心距205齒寬56.551.5分度圓直徑51.5360.7齒頂圓直徑

32、56.5366.7齒根圓直徑44353.22. 第二級傳動（1）初選參數(shù)小齒輪齒數(shù)=20大齒輪齒數(shù)=205.03=100螺旋角（2）按接觸強(qiáng)度結(jié)算 (4-58a)查教材 載荷系數(shù)K=1.2 彈性系數(shù)=189.8 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)=2.464 =0.779 螺旋角系數(shù)=0.992 取=1 所以 =101.1 mm （4-58b）（3）主要尺寸計(jì)算模數(shù) mm (4-59) 取整數(shù)（mm）中心距 mm (4-60)取整數(shù) mm計(jì)算實(shí)際螺旋角：= (4-61)螺旋角改變不大，系數(shù)、不在修正。分度圓直徑d=101.7 mm (4-62a) =508.3 mm (4-62b) 齒頂圓直徑da mm (4-63

33、a) mm (4-63b) 齒根圓直徑 mm (4-64a) mm (4-64b) 齒寬b mm (4-65a) mm (4-65b)經(jīng)校核計(jì)算，齒根彎曲強(qiáng)度足夠使用。確定齒輪精度等級及側(cè)隙分別為：小齒輪：8GJ大齒輪：8FH計(jì)算結(jié)果見下表4-2：表4-2 二級傳動中大小齒輪的基本參數(shù)及主要尺寸項(xiàng)目小齒輪大齒輪材料及熱處理45鋼調(diào)質(zhì)45鋼正火基本參數(shù)齒數(shù)20100法面模數(shù)（mm）5分度圓法面壓力角20螺旋角及方向10.39左10.39右法面齒頂高系數(shù)11法面齒隙系數(shù)0.250.25主要尺寸中心距305齒寬106.7101.7分度圓直徑101.7508.3齒頂圓直徑111.7518.3齒根圓直徑

34、89.2495.84.5.6 齒輪軸參數(shù)設(shè)計(jì)起重機(jī)減速器的齒輪軸屬于一般機(jī)械零件，沒有特殊要求，所以軸的材料選用45鋼，粗加工后進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理便能滿足要求。45鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理硬度為217255HBS。所以可得 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算軸的直徑：軸的最小直徑公式為： (4-66)其中系數(shù)A=118107軸 =25.8723.45 mm (4-67a)軸 =48.844.3 mm (4-67b)軸 =82.174.4 mm (4-67c)考慮到第一級傳動的小齒輪直徑較小，若使用鍵與軸連接齒輪強(qiáng)度不夠，所以把軸做成齒輪軸，軸軸頭安裝聯(lián)軸器，故將軸徑增加5%。估取軸軸徑為30 mm，安裝軸承處軸徑為28 mm，其它

35、尺寸由結(jié)構(gòu)而定。對于軸，估取軸軸徑為48 mm，安裝軸承處軸徑為45 mm，其它尺寸由結(jié)構(gòu)而定。對于軸，估取軸軸徑為80 mm，靠近齒輪盤接手的安裝軸承處軸徑為80 mm，另一端為75 mm,其它尺寸由結(jié)構(gòu)而定。其他部件可以參考起重機(jī)專用減速器QJR型減速器而定。所計(jì)算的減速器的外形尺寸為：。4.6 制動器，聯(lián)軸器的選擇4.6.1 制動器的分類及選擇 按照制動器構(gòu)造特征，可分為帶式制動器、塊式制動器、蹄式制動器和盤式制動器四種。 在設(shè)計(jì)或選擇制動器時，主要依據(jù)是制動力矩。無論是標(biāo)準(zhǔn)制動器，還是自行設(shè)計(jì)的制動器都要做必要的發(fā)熱驗(yàn)算。本設(shè)計(jì)選用短行程交流電磁鐵塊式制動器，型號：TKT300/200

36、。如圖4-6。 圖 4-6短行程交流電磁鐵塊式制動器4.6.2 聯(lián)軸器的選擇聯(lián)軸器根據(jù)傳遞的扭矩和工作條件選擇： (4-68) 式中 T為所傳遞扭矩的計(jì)算值 為實(shí)際作用的扭矩為聯(lián)軸器規(guī)格表中允許傳遞的扭矩為考慮聯(lián)軸器重要的系數(shù)，選=1.3為考慮機(jī)構(gòu)偶工作級別的系數(shù)，選=1.3為考慮角度偏差的系數(shù)，選=1所以1.31.31101.6=171.7 N.m小于CL型齒輪聯(lián)軸器的許用轉(zhuǎn)矩查起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊，選用CL1型齒輪聯(lián)軸器。第五章 小車行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 運(yùn)行機(jī)構(gòu)主要用作水平運(yùn)移物品以及調(diào)整卷揚(yáng)機(jī)的工作位置。在每個工作循環(huán)中起重機(jī)都要吊重物運(yùn)行，則稱為工作性運(yùn)行，橋式起重機(jī)運(yùn)行動作僅用來調(diào)整起重機(jī)的工作

37、位置，稱為非工作性運(yùn)行。 運(yùn)行機(jī)構(gòu)分為有軌運(yùn)行機(jī)構(gòu)和無軌機(jī)構(gòu)兩種，前者依靠剛性車輪沿著專門鋪設(shè)的軌道運(yùn)行。由于有軌運(yùn)行范圍比較固定，便于配電，故一般用電機(jī)驅(qū)動。后者流動性大，故依靠汽車或者履帶運(yùn)行。本設(shè)計(jì)為有軌運(yùn)行機(jī)構(gòu)。 運(yùn)行機(jī)構(gòu)包括運(yùn)行支承裝置和運(yùn)行驅(qū)動裝置。5.1 軌道 橋式起重機(jī)所用的軌道有鐵路鋼軌（P型）、起重機(jī)專用鋼軌（QU型）以及方鋼或扁鋼，本設(shè)計(jì)采用起重機(jī)專用鋼軌（QU型）。5.2 車輪與車輪組 車輪材料一般選用ZG55鑄鋼。對于輪壓較大的車輪可采用合金鋼，在本設(shè)計(jì)中，由于起吊重量比較小，所以材料選用45號鋼。為了提高車輪的使用壽命，車輪的踏面應(yīng)進(jìn)行熱處理，表面硬度為HB300350。淬火深度不小于15 mm，并均勻的過渡到未淬